汽车线控底盘与智能控制课件：线控转向系统调试

汽车线控底盘与智能控制线控转向系统调试任务一

调研分析线控转向系统任务引入Taskto

introduce在汽车中，从行驶、制动、转向控制系统到安全系统以及舒适性能系统都使

用到CAN

总线。线控底盘使用了线(电信号)的形式来取代传统的机械、液

压或气动等形式的连接，了解CAN

总线是每一名测试工程师的基本功。线控转向系统发展历程与定义

04线控转向系统构造

05线控转向系统工作原理目

录C

ON

T

ENT

S010203线控转向系统技术参数线控转向系统特点新授NewTeaching

1.发展历程●1902年，英国人Frederick

W.Lanchester首次发明了机械液压助力转向系统。●1954年，通用汽车公司首次将液压助力转向系统应用于汽车上。经过一系列的技术革新

,80年代早期出现了电子液压助力转向系统。●1988年，日本铃木汽车公司首先在其小型轿车Cervo

上装备了电动助力转向系统。传统的转向系统受制于自身设计形式和机械连接的限制，传动比固定或者可变范围很小，导

致其不能兼顾不同转向盘转角和不同车速下的转向性能，增加了驾驶员的操作负担。随着汽车技术和电子控制技术的发展，线控技术开始应用在智能网联汽车上。01

线控转向系统发展历程与定义行云桥inwinic行云桥inwinic

1.发展历程线控转向系统发展历程与定义BertoneFILO雪铁龙C-CnossZFSBW线控转向系统发展史1950

1990

2000

2001

2002

2003

2007

2013

2017Paravan英菲尼迪Q50ZFAKC宝

马Z22

戴姆勒R129JTEGT精工DPASS丰田Lexus-HPXTRW提出

SBW

概念奔

驰F400

Carving通

用HY-WIRE耐世特SBW曲患●线控转向就是把依靠转向管柱连接转向机构来实现转向的传统方式，转换成为通过传感器检测转向盘角度信号，并通过计算机控制伺服电动机来实现驱

动转向的转向系统。驾驶员对转向盘的操作仅仅只是在驱动一个转角传感器，并由转向盘电动机提供

转动阻尼和回馈，由于转向盘与前轴转向机构之间没有任何刚性连接，是断开的，通过总线传输必要

的信息，故该系统也称作柔性转向系统。行云桥inwinic2.定义01

线控转向系统发展历程与定义。

.。行云桥inwinic汽车线控转向系统结构如下图所示，其主要由转向盘模块、转向控制模块以及转向执行模块组成。。结构图实物图转向电动机一目角位移传感器

转向电动机转向盘车速传感器轮胎转矩传感器转向角传感器转矩反馈电动机电子控制单元02

线控转向系统构造转矩反馈电动机离合器电子控制单元行云桥inwinic

1.转向盘模块转向盘模块包括转向盘、转矩传感器、转向角传感器、转矩反馈电动机和机械传动装置。转向盘模块的主要作用是：接收驾驶员输入的转向盘转角或者力矩信号，并通过传感器将信号转为电信号传递给转向控制模块，由转向控制模块根据控制策略产生相应的信号传递给转向执行模块：同时转矩反馈

电动机根据转向控制模块发出的控制信号，产生相应的回正力矩，给驾驶员提供不同工况下

的路感信息。02

线控转向系统构造

1.转向盘模块(1)转矩传感器转矩传感器又名为扭矩传感器，主要安装在方向盘下方的方向柱最下面，用来测量驾驶员作用在方向盘上

力矩的大小和方向，并将其转换为电信号，动力转向

ECU

(电子控制单元)接收此信号及车速信号，决定辅助

动力的方向和大小，从而在低速行驶时控制转向力矩变小。在高速行驶时控制转向力矩适度增大。如图为非接触式扭矩传感器。行云桥02

线控转向系统构造线圈轴套输入轴扭杆线轴套(磁性材料)inwinic:行云桥inwinic

1.转向盘模块(1)转向角传感器转向角传感器是车辆稳定性控制系统的一个组成部分，主要安装在方向盘下方的方向柱内，一般通过

CAN

总线和PCM

相连，可以分为模拟式方向盘转角传感器和数字式方向盘转角传感器。02

线控转向系统构造...行云桥inwinic

2.转向控制模块转向控制模块包括车速传感器和电子控制单元，也可以增加横摆角速度传感器、加速度传感器。转向控制模块是线控转向系统的控制中心和决策中心，是线控转向系统最为核心的部分。它通过采集传感器信号，对驾驶员意图和当前汽车状态进行判断，根据提前设定好的控制策略做出合理决策转向控制模块方面控制转向执行模块，保证汽车能够准确实现驾驶人输入的

转向指令，并保证汽车的稳定性；另一方面控制转矩反馈电动机，保证其能够给驾驶员提供

舒适良好的路感。02

线控转向系统构造(1)车速传感器车速传感器大多数安装在驱动桥的桥壳内，还有安装在变速箱壳体内。这一传感器是为仪表盘的车速表供给数据的。并且车速传感器的信号也必

须反馈给ECU,ECU

根据这一信号来调整变速箱挡位，调节变速箱变扭器的锁止，调节发动机怠速，调节冷却风扇的开启和关闭，调节定速巡航等。行云桥inwinic2.转向控制模块02

线控转向系统构造。

.。(2)ECUECU

控制单元(通过收集来着各轮胎附着力、滑移量、方向盘转向角度、节气门开度等各传感器

信息，并高速测算出理想转向角度、车辆功率输出、监测车辆动态滑移率，驱动

ABS

总成、电

子节气门等实时做出反应，修正车辆运动状态)。行云桥inwinic2.转向控制模块02

线控转向系统构造:行云桥inwinic

3.转向执行模块转向执行模块包括角位移传感器、转向电动机、齿轮齿条转向机构和其他机械转向装置等

，其功能主要是：接收转向控制模块发出的转向指令，并由转向电动机产生合适的转矩和转角，控制车轮转向；同时前轮角位移传感器实时监测前轮转角及其变化，并接收路面信息，将其转换为电信号反

馈给转向控制模块，作为路感模拟的输入信号。02

线控转向系统构造3.转向执行模块(1)角位移传感器它是一种位移传感器的一种类别，它采用了非接

触式的设计，与别的角位移测量仪等相比，有效地提高了角位移传感器的长期可靠性。行云桥02

线控转向系统构造inwinic3.转向执行模块(2)转向电动机转向电动机一般所用电机为永磁有刷直流电机(如图)。有刷电机的定子上安装有固定的主磁极

和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流

电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产

生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。行云桥inwinic电刷换向片电枢铁芯主磁极NB1B2S02

线控转向系统构造。

.。(3)齿轮齿条转向机构齿轮齿条式转向结构由与转向轴做成一体的转向齿轮和常与转向横拉杆做成一体的齿条组成。其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。除此之外，故障容错系统是线控转向系统不可或缺的重要部分，它时刻监测着线控转向

系统各个部分的反馈状态和工作情况，针对不同的故障形式采取不同的处理措施，在部分硬件或软件出现故障时，保证汽车仍具有基本的转向能力。线控转向系统采用严密的

故障检测和处理逻辑，以最大限度地提高汽车安全性能。行云桥inwinic

3.转向执行模块02

线控转向系统构造回正力矩车辆状态

参数

线控转向系统工作原理转矩、转角

信号控制信号汽车线控转向系统的工作原理如图所示：传感器

信号控制信号转向控制

模块转角

转矩路感转向

执行模块转向

盘模

块实际前

轮转角驾驶

人汽车线控转向系统的工作原理：驾驶员进行转向操作时，通过转向盘输入转向的角度、转向角速度以及转向力矩，转向盘模块中的传感器采集一系列信号并传递到转向控制模块转向控制模

块处理这些信号并根据自身车辆的速度以及其他信号进行传动比的计算，给出所需的前轮转角

,然后控制转向执行模块的转向电动机带动前轮转到目标转角，实现转向意图。与此同时，转向控制模块根据车辆的前轮转角信号、

一系列轮胎力信号以及驾驶员意图通过路

感模拟决策发出指令控制转矩反馈电动机输出力矩反馈路面情况。行云桥03

线控转向系统工作原理inwinic参数定义单位范围符号转向系的效率转向器输出功率与输入功

率之比，分为正效率η+和

逆效率η-。正效率越高越好n0转向系的角传动比转向盘转角的增量与同侧

转向节转角的相应增量之

比轿车iw=10.2～24.2货车

iw=13.6～35.2iw转向系统的主要参数有转向系的效率、转向系的角传动比、转向器传动副传动间隙特性、转向盘的总转动圈数、转向盘自由转动量、转向盘转向力。各参数介绍如表所示。行云桥inwinic04

线控转向系统技术参数参数定义单位范围符号转向器传动副传动间隙指各种转向器中各传动副(

如齿轮齿条式转向器的齿轮

与齿条传动副；循环球式转

向器的齿扇与齿条传动副)

之间的间隙。mm在转向盘处于中间及其附近位置时(一般是10°~15°)要极小△t转向盘的总转动圈数转向盘从一个极端位置转到

另一个极端位置时所转过的圈数称为转向盘的总转动圈

数。圈(一圈

为360°)轿车≤3圈货车≤6圈n转向盘自由转动量最大自由转动量即原地不动

情况下，方向盘可以自由转

动的最大角度。角度(°)车速≥100km/h,φ≤10°车速>100km/h,φ≤15°农用

三轮，φ≤22.5°中转向盘转向力指在一定行驶条件下作用在

转向盘外缘的最大切向力。

它可以由转向参数测量仪或转向测量仪检测。牛顿(N)根据测量仪的测量范围F行云桥inwinic

接上一页表格。04

线控转向系统技术参数行云桥inwinic

1.汽车线控转向系统的优点(2)助于底盘的集成控制借助车载总线，能够实现电动助力转向系统(EPS)、防抱死制动系统(ABS)、直接横摆力矩控制(DYC)

等系统的集成，实现信息的共享利用，提高汽车的整体性能。(1)能够改善路感应用汽车线控转向控制技术，能够消除路面不平对方向造成的影响，驾驶员可根据需求

来自由设计，满足了个性化的驾驶需求。05

线控转向系统特点行云桥inwinic

1.汽车线控转向系统的优点(3)提高了操控性能汽车线控转向摆脱了机械连接，让汽车在低速行驶时，有更好的灵敏度，高速行驶时，转向更为平稳，降低驾驶员的体力消耗。(4)节省空间由于原本转向系统中的转向轴和转向管等机械部分被取消掉，增加了驾驶人的活动空间

,并方便了车内布置的设计。05

线控转向系统特点行云桥inwinic

1.汽车线控转向系统的优点(5)提高了被动安全性因为机械部件的减少，降低了转向系统强度，使其在碰撞中更易变形，在汽车发生事故

时，减少了转向系统对驾驶人的伤害。(6)提高转向效率，降低能源消耗线控转向不依赖于机械传递，缩短了响应时间，转向效率提高。同时机械传动减少，传

动效率提高，整车质量减小，降低了燃油消耗，更加节能环保。05

线控转向系统特点行云桥inwinic

2.汽车线控转向系统的缺点●需要较高功率的力反馈电机和转向执行电机。●需要复杂的力反馈电机和转向执行电机的算法实现。●冗余设备导致额外增加成本和重量。●对性能车和跑车这种强调驾驶乐趣的车型来说路感不足，驾驶乐趣差。●由于使用纯电子信号作为执行数据传输，所以系统在一定程度具有被黑客攻击的潜在危

险

性

。05

线控转向系统特点汽车线控底盘与智能控制感谢观看汽车线控底盘与智能控制线控转向系统调试任务二

标定测试线控转向

系统任务引入Taskto

introduce不同汽车都有不同的风格，我们可以把这个风格称为驾驶性，驾驶性会影响

着车辆的用途，是来做商务接待，还是跑货拉拉。这个驾驶性，其实简单点

说，就是汽车设置的一些关于动力的参数，让车辆有如此性能的表现。转向

系统的标定会使车辆在低速行驶中转向轻便，在高速行驶中转向稳定。作为

一名测试工程师，你准备带领新人完成线控转向系统的标定与测试。目

录C

ON

T

ENT

S01

转向系统标定意义

03

转向系统标定方法02

转向系统标定参数选择

04

转向系统标定过程新授NewTeaching

意义对转向系统进行标定主要是为了检测转向系统方向盘出现的角度偏差，并对出现的偏差通过定的步骤进行标定调节，使驾驶员各种操作自如，提高行车安全。现代汽车上的控制器越来越多.为使控制器工作在最佳状态，需要根据被控系统的参数来对

控制器进行标定。而标定是指根据汽车发动机性能、整车性能、经济性、安全性等多项指标

对汽车电控系统软件的运行参数进行调整和优化。01

转向系统标定意义行云桥inwinic行云桥inwinic

1.方向盘自由间隙(1)方向盘自由间隙(又叫自由转角或行程):指转向轮不发生偏转的情况下，方向盘所能转过

的角度。它是整个转向系统和转向轮之间综合间隙的叠加。(2)方向盘自由间隙参数的影响●合适的方向盘自由间隙对缓和路面冲击，使转向柔和以及减轻驾驶员的疲劳是有利的。●

当方向盘自由间隙过大时会影响转向的灵敏度和产生车轮摆振，影响行车安全。02

转向系统标定参数选择行云桥inwinic2.汽车转向角(1)汽车转向角汽车转向角是指汽车前轮向左或者向右转到极限位置与前轮不发生偏转时中心线所形成的角度。转向

系统是影响操稳性的最主要系统之一，所以转向系统的设计始终是研究汽车操稳性的重要内容。汽车转向角如图所示。02

转向系统标定参数选择。

。。(2)汽车转向角参数的影响●操纵稳定性(操稳性)良好的汽车不仅能够较好的遵从驾驶员的意愿行驶，而且能够保持安全稳定的

行驶状态。其性能的好坏能直接影响低速行驶时的稳定性和舒适性，也影响了汽车高速行驶时的安全

性

。●当转向角参数不合理将会造成汽车的诸多不良状况发生进而导致交通事故，比如说转向沉重、方向盘发抖、不容易回正或者轮胎不正常磨损等问题。行云桥inwinic2.汽车转向角02

转向系统标定参数选择行云桥inwinic

1.CAN

总线标定实物连接图(1)通过CAN总线进行标定时，电脑PC

端通过CAN卡连接到整车上面，实物连接图如下图所示：CANTUSBCAN-1FrolCAN卡

上位机CAN下位机03

转向系统标定方法行云桥inwinic车轮转向控制

ECU上位机

1.CAN

总线标定实物连接图原理连接图如下图所示：方向盘控制ECUCAN总

线rCA1helCAN卡

转向系统标定方法行云桥inwinic

1.CAN

总线标定实物连接图(2)上位机：上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是指PC(个人电脑)如下图所示。上位机是控制部分，发出指令，和接收反馈信息。在本文上位机是指电脑端。03

转向系统标定方法行云桥inwinic

1.CAN

总线标定实物连接图(3)下位机：下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是指执行端的控制器，位机就是接受上位机发出的指令并执行，同时把信息发送给上位机。在本文下位机是指整车中的各个ECU控制器。03

转向系统标定方法(4)CAN卡CAN

卡的CAN

总线数据收发由CAN

控制器和CAN收发器完成。这种接口的卡在汽车行业中应用广泛，

而且在工业控制、机器人、医疗器械、传感器等领域发展迅速。为了扩展CAN

总线的功能，与计算机相连，可设计具有CAN

接口和PC接口的CAN适配

卡，用来收集CAN

总线上各个节点的信息，转发给

PC

机，并可将

PC

机的命令和数据转发给各个节点以及完成对

CAN

总线上的用户系统的部分监控和管理工作。如图所示。行云桥inwinic

1.CAN

总线标定实物连接图03

转向系统标定方法.行云桥inwinic2.CAN

总线标定通信原理(1)ASAM

组织(StandardizationofApplication/Calibration

System

task

force)是由奥迪、宝马等知名汽车生产厂商联合建立的，创建ASAM组织的初衷就是要形成一套统一的汽车开发标准，使其可以应用于汽车

ECU

的测试、诊断与标定等方面，实现设备的模块

化与自动化。(2)XCP全称

UniversalCalibrationProtocol,是由ASAM

组织在2003年提出的可在不同的通信总线上进行标定的新型标定协议。结构图实物图03

转向系统标定方法行云桥inwinic

2.CAN

总线标定通信原理XCP

的应用场景：●上传

ECU数据，实现对ECU

内部变量进行观测，在线对

ECU内部变量进行标定，刷写

ECU

程序或数据0●数据仿真，周期性下载数据至ECU,

其中通常使用的是对变量的观测、标定以及刷写ECU。XCP协议具有多个优点：●

能够对总线中所有ECU进行统一测量与校准。●

能够在ECU运行时同步进行测量。●

能够在校准过程中对控制进行同步测量操作。03

转向系统标定方法2.CAN

总线标定通信原理(3)DAO

通讯模式：在标定与校验功能部分采用一次

请求多次应答的通讯模式，上位机需要进行标定操

作时，将修改后的标定值通过标定请求报文发出后

,下位机接到标定请求报文，对报文进行解析并对下位机

ECU

的相应变量进行数值修改，并将修改后

的数值通过周期型报文的形式发送给上位机，一帧

请求报文即对应多帧反馈报文。如图为标定及校验

功能业务流程示意图所示。上位机标定请求报文校验反馈报文校验反馈报文校验反馈报文行云桥inwinic下位机03

转向系统标定方法...:行云桥inwinic2.CAN

总线标定通信原理上位机(4)当上位机与下位机上电后，下位机即周期性的将监测反馈报文发送给上位机，报文中包含很多下位

机ECU的状态变量，供上位机监测以实时了解下位

机ECU

状态。如图为监测功能业务流程示意图。下位机监测反馈报文监测反馈报文监测反馈报文03

转向系统标定方法...::如图展示了XCP协议中标定过程所使用到的报文格式。报文的第一个字节是被称为"PID的

标识符，是被用来区分是怎样的报文。当上位机需要进行标定时，会先向下位机发送标定请

求报文1,其中包含待标定变量在下位机

ECU中的内存地址，之后下位机ECU发送反馈报文，如果成功，则上位机发送标定请求报文2,其

中包含标定变量的字节数和